基于CAE技術(shù)的深腔薄壁塑件注塑模設(shè)計

王洪磊

（蘇州健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院 中德工程學(xué)院，江蘇 太倉 215411）

基于CAE技術(shù)的深腔薄壁塑件注塑模設(shè)計

王洪磊

（蘇州健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院 中德工程學(xué)院，江蘇 太倉 215411）

介紹了HSCAE軟件在深腔薄壁塑件注塑模成型中的應(yīng)用，探討了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)工藝、分型面、型腔數(shù)量和布局及澆注系統(tǒng)設(shè)計，對模具成型零件和模具整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計。經(jīng)實際驗證，該模具設(shè)計合理，具有較好的參考價值。

銑刀盒；模具結(jié)構(gòu)；深腔薄壁；型腔布局

在注塑模成型過程中，由于工程技術(shù)人員經(jīng)驗不足或者產(chǎn)品的復(fù)雜性等因素，一個塑料產(chǎn)品在成型中產(chǎn)生的缺陷很難預(yù)知。如果按照傳統(tǒng)經(jīng)驗進(jìn)行模具設(shè)計，而不是先通過CAE模流軟件進(jìn)行模擬分析，就會造成后期花費大量時間對模具進(jìn)行修改，導(dǎo)致模具制造成本增加，效率降低。采用CAE軟件可以及時找到產(chǎn)品在注射過程中存在問題的解決辦法，提高和改善模具質(zhì)量，從而降低模具制造成本，提高生產(chǎn)效率。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝分析

如圖1所示產(chǎn)品為N350 Ф20銑刀盒，該產(chǎn)品的材料為PE，屬于深腔薄壁塑料制件，其填充能力以及填充時間決定了產(chǎn)品的成型質(zhì)量，通過控制澆口出尺寸大小和合理型腔布局，可以使成型后的產(chǎn)品更加合理，提高塑件成型能力和塑件產(chǎn)品的質(zhì)量。

圖1 銑刀盒

2 確定分型面位置

產(chǎn)品為殼體類零件，首先從其外輪廓線展開尋找分型線，然后由分型線展開設(shè)計型腔和型面尺寸。在這中間必須考慮頂出機(jī)構(gòu)、冷卻機(jī)構(gòu)和復(fù)位機(jī)構(gòu)的空間位置（留足空間以免干涉），待型腔型面尺寸確定后即確定動、定模板厚度，然后從動模板底面延伸開始設(shè)計定位墊塊、推板，頂桿固定板，動模底板，以及模具頂出、冷卻、復(fù)位等機(jī)構(gòu)，最終確定模具總裝結(jié)構(gòu)。經(jīng)分析，產(chǎn)品的分型面位置如圖2 所示。

圖2 分型面位置設(shè)計

3 確定型腔數(shù)目和型腔布局

確定型腔數(shù)目時，應(yīng)考慮技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面的因素，如注塑機(jī)型號、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸以及質(zhì)量要求、交貨期等等。本產(chǎn)品為大批量生產(chǎn)，綜合產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸及質(zhì)量要求，設(shè)計模具為1模8件。由于產(chǎn)品制件表面有商標(biāo)文字和紋路，加之屬于深腔薄壁零件，故開模取件還要考慮適當(dāng)?shù)膫?cè)向分型，一方面確保開模時塑件留在型芯，另一方面確保塑件順利頂出，其布局如圖3所示。

圖3 型腔模具

4 澆注系統(tǒng)設(shè)計

澆注系統(tǒng)設(shè)計直接關(guān)系到塑件的質(zhì)量。設(shè)計澆注系統(tǒng)時，首先要了解塑料的工藝特性，考慮澆注系統(tǒng)尺寸對熔體流動的影響。一般情況下，澆注系統(tǒng)不宜太大和行程太長。設(shè)計分流道時，應(yīng)盡量遵循排列緊湊以縮小模板尺寸，減少流程，鎖模力平衡等原則。此外，澆注系統(tǒng)的進(jìn)澆形式及位置決定了模具優(yōu)劣及產(chǎn)品的外觀質(zhì)量。因此必須清楚所設(shè)計的模具對應(yīng)的產(chǎn)品類型，并在此基礎(chǔ)上合理選擇進(jìn)澆方式，并確定分流道的長度和截面形狀尺寸。這些因素直接決定著熔融塑料的流動性，從而影響注塑產(chǎn)品的質(zhì)量。本產(chǎn)品澆口基本尺寸如圖4所示，其余尺寸通過HSCAE調(diào)整達(dá)到流動平衡。

圖4 澆注系統(tǒng)尺寸

5 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計

考慮到產(chǎn)品尺寸不是很大，而且型芯屬于較細(xì)長，又為多腔模具，為方便加工與更換，本案例采用嵌入式組合凹模，結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 成型零件結(jié)構(gòu)

6 推出機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)設(shè)計

產(chǎn)品推出是注塑成型過程中最后一個環(huán)節(jié)，推出質(zhì)量的好壞將最后決定產(chǎn)品的質(zhì)量。產(chǎn)品的推出形式歸納起來可分為機(jī)械推出、液壓推出、氣動推出三大類。其中機(jī)械推出是最常用的推出機(jī)構(gòu)，選擇推出結(jié)構(gòu)時還需要綜合考慮塑件留模位置，保證塑件質(zhì)量、推出機(jī)構(gòu)和復(fù)位機(jī)構(gòu)的可靠和靈活等，本次案例采用推板推出+二次推出機(jī)構(gòu)，如圖6所示。

7 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

在設(shè)計模具前，需要確定好模架結(jié)構(gòu)，以確定標(biāo)準(zhǔn)模架的的規(guī)格和型號、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式和安裝方式、動定模板厚度及墊塊高度等。模架的選擇是基本確定模具型腔型面尺寸以及頂出機(jī)構(gòu)、復(fù)位機(jī)構(gòu)、冷卻機(jī)構(gòu)后，再從標(biāo)準(zhǔn)模架庫里選取，最終選取的模架結(jié)構(gòu)及尺寸如圖6所示?？紤]到產(chǎn)品澆口為點澆口，最終采用三板式模具，該模具的總裝結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖7所示。

圖6 模架結(jié)構(gòu)及尺寸

圖7 模具結(jié)構(gòu)

8 結(jié)語

隨著CAE 技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用在塑料模具成型分析上越來越廣泛，改變了傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)和憑經(jīng)驗進(jìn)行模具試生產(chǎn)的方式。通過CAE技術(shù)對注塑模成型前期進(jìn)行成型分析，可預(yù)估缺陷并加以修正，從而縮短模具設(shè)計周期，提高模具制造效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。經(jīng)實際驗證，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，注塑的產(chǎn)品質(zhì)量合格，具有較好的參考價值。

[1]張爽華. 基于HSCAE的儀表外殼冷卻系統(tǒng)的有限元分析[J].貴陽學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版), 2016, 11(2):14-16.

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TQ320.662

A

1671-0711（2017）05（上）-0129-02